【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了一种用于煤炭地下气化过程的产出井设备。特别地,本专利技术提供了一种在煤炭地下气化过程中可以通过注入冷却剂冷却后移除产品气的产出井设备,还提供了所述产出井设备在煤炭地下气化过程中的应用。
技术介绍
煤炭地下气化(UCG或ISC)过程是在氧化剂存在下通过地下煤层的燃烧和气化将煤直接转化为产品气(也称为粗合成气)的过程,所述产品气随后可以用于多种应用,包括燃料生产、化学品生产和发电等。鉴于采矿业越来越严格的环保要求和考虑到相关的人工成本和基建成本,这种适用于大多数煤藏的煤炭地下气化技术无疑是很有吸引力的。对于煤气化过程,无论在地上还是地下进行,其中都是通过如下一系列化学反应使煤转化,其中H2O和CO2为主要气化剂,和O2为主要氧化剂:C+O2→CO2(完全氧化反应)C+1/2O2→CO(部分氧化反应)C+H2O→H2+CO(水蒸气气化反应)C+2H2→CH4(氢气气化反应)C+CO2→2CO(二氧化碳气化反应)(水煤气变换反应)(甲烷化反应)。在煤炭地下气化过程中,通常要在地下煤层中设有相应的完井系统。所述完井系统通常包括用于注入各种试剂如氧化剂、气化剂和冷却剂等的注入井、用于移除产品气的产出井和用于起辅助作用的各种辅助井,其中注入井、产出井和辅助井内通常均铺设有套管和/或内衬管且按需要彼此连通,其中所述辅助井通常包括点火井、冷冻井、屏蔽井和防护井等,其中注入井通常为水平定向井,而产出井和辅助井通常可以为水平定向井或垂直井。因此,在煤炭地下气化过程中,最基本的完井系统由彼此连通且内部铺设有套管和/或内衬管的注入井和产出井组成,亦称为煤炭地下气化 ...
【技术保护点】
一种用于煤炭地下气化过程的产出井设备,所述产出井设备包括井口设备和套管以及位于套管内的产品管、冷却剂管和监测仪表系统,其中:所述套管用于加固和隔离产出井井孔,它采用接箍和螺纹进行连接和通过水泥层固定在产出井井孔中;所述产品管用于将气化产生的产品气从产出井井下输送到地面,它在端部设有开孔段;所述冷却剂管用于将冷却剂注入到产出井井下以冷却气化产生的产品气,它在端部连接有冷却剂喷嘴;所述监测仪表系统从井口向下延伸和固定在产品管端部开孔段起点附近,其中包括设置在保护套管内的温度、压力和声波传感器;和所述井口设备气密性封堵所述套管和包括用于监测仪表系统的仪表压紧接头端口、用于产品管的产品气出口、用于套管的套管环隙出口和用于冷却剂管的冷却剂入口;其中在冷却剂喷嘴下游为产品气骤冷区,其中气化产生的产品气与经冷却剂喷嘴喷出的冷却剂接触和混合而被冷却,条件是预期的热效应和/或重力效应造成的膨胀和/或伸长不影响各部件本身的自由度及各部件之间的相对位置。
【技术特征摘要】
1.一种用于煤炭地下气化过程的产出井设备,所述产出井设备包括井口设备和套管以及位于套管内的产品管、冷却剂管和监测仪表系统,其中:所述套管用于加固和隔离产出井井孔,它采用接箍和螺纹进行连接和通过水泥层固定在产出井井孔中;所述产品管用于将气化产生的产品气从产出井井下输送到地面,它在端部设有开孔段;所述冷却剂管用于将冷却剂注入到产出井井下以冷却气化产生的产品气,它在端部连接有冷却剂喷嘴;所述监测仪表系统从井口向下延伸和固定在产品管端部开孔段起点附近,其中包括设置在保护套管内的温度、压力和声波传感器;和所述井口设备气密性封堵所述套管和包括用于监测仪表系统的仪表压紧接头端口、用于产品管的产品气出口、用于套管的套管环隙出口和用于冷却剂管的冷却剂入口;其中在冷却剂喷嘴下游为产品气骤冷区,其中气化产生的产品气与经冷却剂喷嘴喷出的冷却剂接触和混合而被冷却,条件是预期的热效应和/或重力效应造成的膨胀和/或伸长不影响各部件本身的自由度及各部件之间的相对位置。2.权利要求1所述的产出井设备,还包括井口悬挂器,所述井口悬挂器用于在中心位置自由悬挂产品管和在偏心位置平行自由悬挂冷却剂管。3.权利要求1或2所述的产出井设备,其中产品管端部开孔段的长度为约1-4个完整管段,开孔孔径为5-35mm、优选10-25mm,所述开孔交错间隔排列,和开孔总面积为开孔段管壁面积的5-35%、优选10-30%。4.权利要求1-3任一项所述的产出井设备,其中在冷却剂管内还安装有一个或多个止回阀用于防止逆向气流进入冷却剂管,所述止回阀的位置从井口开始计位于产品管端部开孔段之前。5.权利要求1-4任一项所述的产出井设备,其中所述冷却剂喷嘴为孔径大于或等于5mm的单孔喷嘴或多孔喷嘴,其中多孔喷嘴上的多个孔按中心和外周分布且外周各孔与中心孔平行或按照与中心孔成5-35°角、优选8-20°角向外发散。6.权利要求1-5任一项所述的产出井设备,所述产出井为垂直产出井,其中从井口开始计:所述套管通过水泥层固定延伸到煤层顶部附近;所述产品管端部开孔段的长度为约2-3个完整管段;所述冷却剂喷嘴位于产品管端部开孔段下方;和所述产品气骤冷区位于产出井底部。7.权利要求1-6任一项所述的产出井设备,所述产出井为水平定向产出井,其中从井口开始计:所述套管通过水泥层固定延伸到煤层中水平位置附近或与煤层底板平行的位置附近,然后是无水泥层的自由套管段,最后是无套管煤层钻孔段一直延伸到产出井端部,其中在无套管煤层钻孔段内装有产出井内衬管开孔段;和所述产品气骤冷区位于产出井无水泥层自由套管段内。8.权利要求7所述的产出井设备,其中所述产品气骤冷区为导流板式骤冷区,其中所述产品管开孔段从无水泥层自由套管段的起点开始一直延伸到无套管煤层钻孔段并且与其内部的产出井内衬管开孔段相连,其中在产品管开孔段内、优选在距其终端约1-2个完整管段处装有导流板以强化产品气与冷却剂之间的接触和混合,其中所述冷却剂喷嘴位于所述导流板附近,优选位于所述导流板上下游2.0米以内,更优选位于所述导流板上下游1.0米以内。9.权利要求7所述的产出井设备,其中所...
【专利技术属性】
技术研发人员:卡斯珀·扬·亨德利克·伯格,汪原理,闵振华,
申请(专利权)人:中为上海能源技术有限公司,
类型:发明
国别省市:上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。